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Die
Erfindung betrifft einen Formkörper
aus Kunststoffen, mineralischen Leichtzuschlagstoffen und nachwachsenden
Rohstoffen, insbesondere Seegras, Algen, Jute, Sisal und/oder Hanf,
und die Verwendung dieser.
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Im
Stand der Technik sind verschiedene Formkörper bekannt, die vor allem
als Bau- oder Möbelverbundstoffe
im Außen-
oder Innenbereich eingesetzt werden können. Diese enthalten als Inhaltsstoffe überwiegend
Zellulose bzw. Holzfasern oder andere Abfälle aus der Holzverarbeitenden
Industrie. Die Formkörper
werden als Formplatten im Bau-, Haus- und Handwerksbereich eingesetzt.
Bei der Herstellung dieser Platten werden zur Bindung der Inhaltsstoffe
vor allem thermohärtende
Harze eingesetzt, die allerdings nur unter sehr hohem Druck und sehr
hohen Temperaturen miteinander reagieren. In der DE G 94 18 618.9
U1 werden Formkörper
offenbart, die dadurch gewonnen werden, dass Pulverlacke als Bindemittel
eingesetzt werden. Die Pulverlacke werden mit lignin- und/oder zellulosehaltigen Komponenten
vermischt und anschließend
einem Brennprozess ausgesetzt. Hierbei wird die Eigenschaft von
Pulverlacken ausgenutzt, bei diesen Temperaturen zusammenzufließen, wobei
die Pulverlacke – wie
oben bereits angeführt – die Funktion
eines Bindemittels übernehmen, wobei
in dieses Bindemittel holzartige und zelluloseartige Materialien
eingelagert werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass Pulverlackreste
nicht als Bindemittel eingesetzt werden können, da diese Reste wenig
Härtekomponenten aufweisen
und dadurch nicht noch einmal aufgeschmolzen werden kann. Es findet
vielmehr eine Verklebung der Kunststoffpartikel der Pulverlackreste statt.
Dieser Vorgang ist nachteilhafterweise reversibel. D. h., die so
gewonnen Formkörper
werden bei thermischer Belastung wieder plastisch formbar, wodurch
sie in der Praxis nicht sinnvoll eingesetzt werden können.
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Weiterhin
sind im Stand der Technik so genannte maßhaltige Formkörper bekannt.
Diese maßbeständigen Formkörper, die
mit dem Verfahren gemäß des o.
g. Gebrauchsmusters nicht herstellbar sind, können durch ein Verfahren gewonnen
werden, bei dem körnige
oder pulverförmige
Pulverlacke mit Holzmehl in Kontakt gebracht werden. Hierdurch wird eine
Mischung erhalten, die bei einem Druck von 60 N/m2 und
einer Temperatur von mindestens 150°C, in der Regel aber bei Temperaturen
von über
200°C (210°C), für mindestens
20 Minuten verpresst werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass derartige
Formkörper
praktisch nicht herstellbar sind, weil die Flächen des aushärtenden
Formkörpers
mit den Flächen
der Form, in der sie gepresst werden, so verkleben, dass das Ablösen nur
durch Einwirkung mechanischer Kräfte – und demgemäß nur mit
großen
Problemen – möglich ist.
Auch durch die Zugabe von Härtern
konnte keine Verbesserung beim Ablösen zwischen den Flächen des
aushärtenden
Formkörpers
und der Form erreicht werden. Dies liegt vermutlich insbesondere
daran, dass Pulverlacke aus polymeren Bindemitteln, Additiven und
Pigmenten bestehen, die während
ihrer ursprünglichen
Herstellung extrudiert und gemahlt werden. Beim Extrudieren werden
diese Komponenten unter hohen Temperaturen intensiv gemischt. Um
derartige Komponenten als Bindemittel in einem Formkörper einsetzen
zu können,
müssten
diese Pulverlackreste wiederum mit Härtekomponenten extrudiert und
vermahlt werden, wodurch im Prinzip aber ein neuer Pulverlack hergestellt
werden würde.
D. h. die sinnvolle Verarbeitung von Pulverlackresten ist mit den
bekannten Verfahren nicht möglich,
da alle Aufbereitungen dieser Pulverlackreste, die erforderlich
wären,
um sie bei der Herstellung der Formkörper einzusetzen, im Prinzip
die Neuherstellung von Pulverlacken bedeuten würde. Auch wenn der Ausgangsmischung
Katalysatoren oder Initiatoren zugesetzt werden, bleiben die oben
beschriebenen Nachteilen bestehen. Zwar kann durch Katalysatoren
die Aushärtzeit
verringert werden, was aber in der Praxis dazu führt, dass nun innerhalb kürzester
Zeit eine feste Verbindung zwischen Formkörper und Form ausgebildet wird,
die nur noch mechanisch trennbar ist.
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Im
Stand der Technik ist auch versucht worden, diese Nachteile dadurch
zu beheben, dass zusätzliche
Wachse, insbesondere auf Basis von Polyethylen bzw. Polytetrafluorethylen
der Ausgangsmischung zugesetzt werden. Dieser Zusatz der Wachse verbessert
zwar das Gleitverhalten, die Glätte
und die Kratzfestigkeit der Formkörper an seiner Außenstruktur,
führt aber
dazu, dass die eingesetzten Wachse im Formkörper wie ein Trennmittel wirken, wodurch
dieser brüchig
und instabil wird. Aufgrund der genannten Nachteile ist es nicht
möglich,
die im Stand der Technik bekannten Lehren so weiter zu entwickeln,
dass in der Praxis anwendbare Formkörper auf Basis von Kunststoffen
mit mindestens 50 Gew.-% Polyester-, Epoxid-, Polystyrol, Polyurethan- und/oder
Polyamid-Anteil, insbesondere von Pulverlacken mit einer Korngröße von 0,01
bis 3 mm, bevorzugt 0,05 bis 1 mm, insbesondere 0,1 bis 0,5 mm,
bereitgestellt werden können.
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Aufgabe
der Erfindung war es daher, die Nachteile des Standes der Technik
zu beseitigen.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch Formkörper
gemäß der Ansprüche. Bevorzugte
Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Überraschenderweise
hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäßen Formkörper mit Ausgangsstoffen hergestellt
werden können,
für die
teilweise ein Deponieverbot besteht. Diese Ausgangsstoffe werden
in den Formkörpern
so gebunden, dass ein umweltfreundliches Produkt bereitgestellt
werden kann, welches eine geringe Dichte aufweist, Wasser abweisend
ist, temperaturbeständig,
nicht brennbar, wärmedämmend, chemisch
beständig,
alkalibeständig,
witterungsbeständig,
lösungsmittelfrei,
geruchsneutral, sehr stabil und/oder druckfest ist.
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Der
Formkörper
besitzt gute Schallabsorptionseigenschaften und bietet weiterhin
Schädlingen und
Pilzen keinen Nährboden.
Vorteilhafterweise bestehen weiterhin nahezu unbegrenzte Möglichkeiten der
Formgestaltung. Außerdem
können
die erfindungsgemäßen Erzeugnisse
mithilfe von Pulvern, Lacken, Streichen, Kunststoffüberzügen und
Selbsteinfärbungen
so gestaltet werden, dass die Oberflä chen verschiedenste Farben
und Formen aufweisen. Die erfindungsgemäßen Erzeugnisse sind beispielsweise
nur halb so schwer wie zahlreiche im Stand der Technik bekannte
Formkörper
(wie z. B. Trespa).
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Die
Formkörper
werden hergestellt, indem die Ausgangsstoffe als Pulver oder Granulat
vorliegen. Die mittlere Teilchengröße der Pulverlackreste beträgt bevorzugt
10 bis 25 μm.
Selbstverständlich sind
auch Pulverlackreste mit einer größeren oder kleineren Teilchengröße einsetzbar.
Die recycelten Glaskugeln, die als Blähglas eingesetzt werden, haben
eine Korngrößenverteilung
von bevorzugt 0,1 bis 0,3 mm. Wenn vorzugsweise Seegras als nachwachsender
Rohstoff eingesetzt wird, liegt dieser bevorzugt auch in Pulverform
vor. Den Formkörpern
können
zahlreiche Rest- bzw. Füllstoffe
zugesetzt werden, wie z. B. Sand, Keramik, Textiliengewebe oder auch
andere Verbundstoffe. Weiterhin können fossile Rohstoffe, wie
z. B. Kohleteilchen, Kohlestaub oder Graphit, aber auch metallische
Werkstoffe zugesetzt werden.
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Demgemäß können durch
die Formkörper schädliche Stoffe
in nicht gesundheits- oder umweltschädigende Reststoffe umgewandelt
werden, wobei diese Reststoffe, wie oben ausgeführt, durch das Pressen so gestaltet
werden können,
dass sie vor allem als Baumaterialien, beispielsweise als Verbindungselement
bzw. als Wand- oder Fassadenkonstruktion oder als ziegelartige Einzelelemente
oder Fertigbauteile eingesetzt werden können.
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Die
Ausgangsstoffe werden gründlich
gemischt, beispielsweise in einem Labor oder in einem Betonmischer.
Diese Mischung kann bei einer üblichen
Umgebungstemperatur vorgenommen werden (5 bis 35°C). Das Mischen erfolgt so lange,
bis sich die eingesetzten Stoffe gleichmäßig verteilt haben. Vorzugsweise
ist insbesondere darauf zu achten, dass sich die Epoxid- und oder
Polyurethanharzbestandteile aus den eingesetzten Pulverlackresten
gut mit den anderen Komponenten vermischt haben. Durch diese Mischung
entsteht ein lagerfähiges Halbfabrikat.
Dieses Halbfabrikat kann mit einem Ein- oder Zweikomponenten-Kleber
vermischt werden, wodurch eine feuchte Mischung entsteht.
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Diese
feuchte Mischung wird bevorzugt 1 bis 10 Minuten bei 100 MPa gepresst.
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Es
kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Ausgangsstoffe, z. B.
Pulverlacke, Blähglas
und Seegras, zusammen mit dem Zweikomponenten- oder Einkomponenten-Klebstoff
direkt (d. h. ohne die Herstellung eines Halbfabrikats) vermischt
werden, so dass die feuchte Mischung entsteht, die anschließend gepresst
wird. Die Pressung bzw. Verformung der Mischung kann durch einen
Doppelbandkalander durch Taktpressen oder durch manuelles Bestücken von
Formen, Einrütteln
oder leichte Druckanwendung erfolgen, so dass die Produkte in verschiedensten
Formen, Farben und Ausgestaltungsformen herstellbar sind.
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Vorteilhafterweise
sind bereits im Mischungs- bzw. im Ausformungsprozess die Bestandteile
des Zwei- oder Einkomponenten-Systems des Klebers relativ flüssig, so
dass sie die Oberflächen der
eingesetzten Stoffe, wie beispielsweise Pulverlacke, Blähglas und
Jute oder Seegras, benetzen und ein ideales Brückenmedium zwischen den zu verbindenden
Teilchen herstellen. Die gleichmäßige Belegung
der eingesetzten Komponenten durch die Bestandteile des Ein- oder
Zweikomponenten-Systems wird vorteilhafterweise noch durch die Reibungsladung
der Bestandteile der Pulverlackreste verbessert.
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Die
so gewonnenen Produkte (Formkörper) weisen
verbesserte chemische, mechanische und physikalische Eigenschaften
gegenüber
den bekannten Verbundstoffen auf, wobei gleichzeitig eine Substitution
herkömmlicher
Inhaltsstoffe durch umweltschonendere und kostengünstigere
Ausgangsstoffe erfolgen kann. Insbesondere der Einsatz der nachwachsenden
Rohstoffe wie Hanf, Jute, Seegras und Sisal sowie von recyceltem
Glas und Kunststoffen, vor allem in Form von Pulverlackresten führt zu einer Verbesserung
der gewonnenen Produkten, insbesondere zu einer verbesserten Feuchtigkeitsbeständigkeit
und dazu, dass die Produkte schwer entflammbar sind.
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Zur
nahezu endgültigen
Aus- und Durchhärtung
wird je nach Kunststoff und prozentuellem Anteil des Kunststoffbindemittels
eine Zeit von 10 bis 20 Minuten benötigt, wenn die üblichen
Kunstharze verwendet werden.
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Bevorzugte
Füllstoffe
sind die genannten Blähglaskugeln
bzw. Glasfraktionen, die für
die Glasindustrie zur Neuproduktion von Flaschen und Gläsern nicht
mehr geeignet sind und durch einen Recyclingkreislauf generiert
werden sollen. Die Blähglaskugeln
sind sehr leicht, bruchkornfrei und extrem druckstabil. Sie haben
eine durchschnittliche Größe von 0,04
bis 16 mm, wobei sich Körnungen
der Größenordnung
von 0,1 bis 0,3 mm besonders bewährt haben.
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Als
pulverförmige
thermoplastische und/oder duroplastische Kunststoffpartikel werden
Pulverlackreste bevorzugt, wie sie in Lack- und Pulvereibetrieben
in großen
Mengen als Abfallstoff anfallen, wobei geeignete Korngrößen im Bereich
von 10 bis 20 μm liegen.
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Als
nachwachsender Rohstoff hat sich insbesondere Seegras bewährt. Selbstverständlich können auch
Algen bzw. alle Pflanzen verwendet werden, die in oder an Gewässern (Schilf)
wachsen. Bevorzugt entstehen beim Brennen dieser Stoffe, wie z. B.
bei Seegrasgewächsen,
keine giftigen Gase. Durch den hohen Salzgehalt der Pflanzen sind
die Materialien sehr haltbar und werden nicht von Schädlingen
und Parasiten angefallen. Diese Stoffe regulieren Feuchtigkeit gut
und puffern diese. Weiterhin besitzen Bestandteile dieser Pflanzen
gute Dämmeigenschaften.
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Weiterhin
können
in die Mischung der Ausgangsstoffe weitere, dem Fachmann bekannte
Füll- und
Verstärkungsstoffe
wie Glasfasern oder -gewebe eingesetzt werden.
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Im
Gegensatz zu den bekannten Formkörpern,
herstellbar nach den bekannten Verfahren, ist es möglich, mit
den erfindungsgemäßen Formkörpern höhere Quadratmeterleistungen
zu erzielen, da die Ausgangsstoffe besser handhabbar sind. Dies bedeutet
auch, dass man mehrschichtige Platten herstellen kann, z. B. eine
dreischichtige Platte, deren Kern einen geringen Bindemittelanteil
und deren äußere Schichten
einen höheren
Bindemittelanteil aufweisen oder bei denen die einzelnen Schichten unterschiedliche
Füll- und/oder Bindemittelsysteme besitzen.
Dies wird z. B. da durch erzielt, dass zunächst auf einer Unterlage die
Kernschicht gestreut wird, z. B. aus einem Doppelbandkalander, wie
z. B. eine 2 mm Platte mit 10 Gew.-% Epoxidharz als Bindemittel,
und dann auf die jeweiligen Seiten dieser Platte eine 2 mm Schicht
mit 10 Gew.-% Polyurethan als Bindemittel aufgebracht wird. Mithilfe
dieser veränderbaren
Zusammensetzung bzw. durch eine spezifische Auswahl der eingesetzten
Ausgangsstoffe sind unterschiedliche Werkstoffeigenschaften realisierbar,
wie z. B. geringes spezifisches Gewicht, Wärmeisolationsvermögen, Wärmeleitung,
Steifigkeit, mechanische Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit bzw.
Isolierung, magnetische Leitfähigkeit,
paramagnetische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und schwere Entflammbarkeit.
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Die
anmeldungsgemäße Lehre
zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:
- – Abkehr
vom technisch Üblichen
- – neue
Aufgabenstellung
- – Vorliegen
eines seit langem ungelösten
dringenden Bedürfnisses
für die
Lösung
des mit der Erfindung gelösten
Problems
- – bisheriges
vergebliches Bemühen
der Fachwelt
- – Einfachheit
einer Lösung
spricht für
erfinderische Tätigkeit,
insbesondere wenn sie kompliziertere Lehren ersetzt
- – Entwicklung
der wissenschaftlichen Technik ging in eine andere Richtung
- – entwicklungsstraffende
Leistung Fehlvorstellungen der Fachwelt über die Lösung des entsprechenden Problems
(Vorurteil)
- – technischer
Fortschritt, wie z. B.: Verbesserung, Leistungssteigerung, Verbilligung,
Ersparnis an Zeit, Material, Arbeitsstufen, Kosten oder schwer beschaffbaren
Rohstoffen, erhöhte
Zuverlässigkeit,
Beseitigung von Fehlern, Qualitätshebung, Wartungsfreiheit,
größere Effektivität, höhere Ausbeute,
Vermehrung der technischen Möglichkeiten,
Bereitstellung eines weiteren (nicht notwendig besseren) Mittels,
Eröffnung
eines zweiten (nicht notwendigerweise besseren) Weges, Eröffnung eines
neuen Gebietes, erstmalige Lösung
einer Aufgabe, Reservemittel, Alternativen, Möglichkeit der Rationalisierung,
Automatisierung oder Miniaturisierung oder Bereichung des Arzneimittelschatzes
- – glücklicher
Griff (wird aus einer Vielzahl von Möglichkeiten eine bestimmte
gewählt,
deren Ergebnis nicht vorausgesagt werden konnte, so handelt es sich
um ein patentwürdigen
glücklichen
Griff)
- – Irrtum
in Entgegenhaltungen
- – junges
Gebiet der Technik
- – Kombinationserfindung,
d.h. mehrere bekannte Elemente werden zu einer Kombination zusammengeführt, die
einen überraschenden
Effekt aufweist
- – Lizenzvergabe
- – Lob
der Fachwelt und
- – wirtschaftlicher
Erfolg.
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden,
ohne auf diese Beispiele begrenzt zu sein.
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Beispiel 1
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Pulverlackreste
(auf Polyester/Epoxidbasis) von der mittleren Teilchengröße 10–25 μg, recycelte Glaskugeln
(Poraver) mit einer Korngrößenverteilung von
0.1–0.3
mm und Seegras (zostera dämm)/(Pulverkonsistenz)
wurden in einem Trommelmischer bei normaler Raumtemperatur (15–20°C) ca. 5–10 Minuten
lang gut vermischt. Dieses Halbfabrikat kann, so wie es ist, gut
gelagert oder weiterverarbeitet werden. Dieses Halbfabrikat wird
anschließend
mit einem lösemittelfreien
Zweikomponenten-Klebstoff (Henkel-Ubatol UK 820) auf Polyurethanbasis
intensiv 5–10
Minuten lang vermischt, wobei die beiden Komponenten (Harzkomponente
und Härtekomponente) in
einem Gewichtsverhältnis
von 4:1 zu verwenden sind. Durch die spontan einsetzende chemische
Reaktion wird eine stabile Bindung hervorgerufen, so dass das Gemisch
in eine Form eingeschüttet
werden kann. Die Abmessung der Form beträgt 300 × 300 × 10 mm. Nun wird diese Form
mit einer Abdeckplatte versehen und in eine beheizbare Plattenpresse geschoben.
Bei 20°C
und 100 MPa wird das Gemisch ca. 1 Minute verpresst, anschließend wird
entformt und ca. 10 Minuten lang zum vollständigen Aus- bzw. Durchhärten ruhen
lassen.
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Des
Gemisch bestand aus:
- 30 Gew.-% Pulverlackreste
- 20 Gew.-% recycelte Glaskugeln
- 20 Gew.-% Seegras (Pulverkonsistenz)
- 30 Gew.-% Zweikomponentenklebstoff
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Es
ergab sich ein dauerhafter, fester Verbund mit einer sehr glatten,
ebenen Oberfläche.
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Beispiel 2
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- 30 Gew.-% Pulverlackreste
- 20 Gew.-% recycelte Glaskugel
- 20 Gew.-% Flammschutzmittel (Ammonium Polyphosphat/Zinkborat)
- 30 Gew.-% Zweikomponentenklebstoff
- wurden in einem Mischer intensiv vermischt, anschließend in
eine Plattenform, die mit einer PTFE-Beschichtung versehen ist,
geschüttet.
Es erfolgte eine Pressung in einer Plattenpresse bei 20°C und 100
MPa für
1 Minute. Es wurde entformt und ca. 10 Minuten lang ruhen lassen.
Die Brandversuche, welche mit dem Plattenmaterial nach DIN 4102 durchgeführt wurden,
verliefen positiv.
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Beispiel 3
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- 30 Gew.-% Pulverlackreste
- 10 Gew.-% recycelte Glaskugel
- 20 Gew.-% Seegras (Pulverkonsistenz)
- 10 Gew.-% Flammschutzmittel
- 30 Gew.-% Zweikomponentenklebstoff
- wurden gemischt, gepresst, entformt und ausgehärtet. Bei
den Brandversuchen mit diesem Plattenmaterial (wobei ein Austausch
der Füllkomponenten
erfolgte) zeigten die Ergebnisse gleiche Werte wie bei Beispiel
2, obwohl ein Anteil der teureren Flammschutzmittel gegen das preisgünstigere
und umweltfreundliche Seegras ausgetauscht wurde.